Система и способ выборочной деактивации цилиндров (варианты)
Изобретение относится к эксплуатации двигателя внутреннего сгорания цилиндров в режиме пропуска зажигания. Обеспечиваются варианты осуществления для эксплуатации двигателя с возможностью пропуска зажигания. В одном примере способ включает в себя, в режиме пропуска зажигания или при переходе в режим пропуска зажигания, посредством впрыска во впускные каналы, впрыскивание в цилиндр двигателя первого количества топлива, причем первое количество топлива основано на первом, спрогнозированном объеме воздушного заряда для цилиндра и является недостаточным для требуемого воздушно-топливного отношения, а также, посредством прямого впрыска, впрыскивание в цилиндр второго количества топлива, причем второе количество основано на первом количестве топлива и втором, рассчитанном объеме воздушного заряда для данного цилиндра. Технический результат – повышение топливной экономии в условиях малых нагрузок и улучшение характеристик по выбросам в атмосферу. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
Ссылки на родственные заявки
Данная заявка претендует на приоритет предварительной заявки на патент С.Ш.А. №62/021,621 «Система и способ управления двигателем в режиме пропуска зажигания» зарегистрированную 07 июля 2014 года, содержание которой в полном объеме и во всех отношениях включено в настоящее изобретение путем ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится к эксплуатации двигателя внутреннего сгорания цилиндров в режиме пропуска зажигания.
Уровень техники
В целях улучшения топливной экономии в условиях малых нагрузок, некоторые двигатели могут быть выполнены с возможностью работы в режиме выборочной деактивации цилиндров, когда один или несколько цилиндров двигателя деактивируют, например, блокируя срабатывание впускного и/или выпускного клапана, прекращая подачу топлива и/или блокируя искровое воспламенение в деактивируемых цилиндрах. В процессе работы в режиме выборочной деактивации цилиндров, также называемом режимом «пропуска зажигания», совокупный объем топлива двигателя можно перераспределить в цилиндры, где происходит зажигание, увеличив нагрузку на цилиндр и снизив работу по перекачке, в результате чего повышается экономия топлива и улучшаются характеристики по выбросам в атмосферу. На каждом рабочем цикле двигателя для деактивации могут выбирать разные цилиндры, чтобы на каждом цикле был деактивирован уже другой цилиндр или комбинация цилиндров. Кроме того, по мере изменения условий работы двигателя, могут менять количество цилиндров, деактивируемых на каждом рабочем цикле двигателя.
Авторы настоящего изобретения выявили, что при работе в режиме пропуска зажигания, механизмы деактивации/реактивации клапанов могут не быть совершенно надежными. Это может приводить к непредусмотренным событиям горения, в цилиндрах которые должны быть пропущены и/или к непредусмотренному пропуску цилиндров, в которые должно возникать зажигание. Непреднамеренное зажигание или пропуск цилиндров могут приводить к нежелательным изменениям крутящего момента, проблемам шумности, вибрации, плавности хода, ухудшению характеристик по выбросам в атмосферу и/или к другим проблемам.
Раскрытие изобретения
В свете вышеизложенного, авторами настоящего изобретения был изобретен подход для поддержания надежности стратегии пропуска зажигания. Один пример способа включает в себя следующее: для данного рабочего цикла двигателя, работающего в режиме пропуска зажигания, выбор количества подлежащих пропуску цилиндров исходя из нагрузки на двигатель, и установку командного порядка работы цилиндров двигателя, не подлежащих пропусканию, причем командный порядок работы цилиндров включает в себя запланированное зажигание по меньшей мере в первом цилиндре и запланированный пропуск по меньшей мере второго цилиндра. Способ также включает в себя определение возникновения горения в первом цилиндре. Если горение не возникает, тогда командный порядок работы цилиндров корректируют так, чтобы зажигание возникло во втором цилиндре двигателя. В одном примере присутствие горение могут определять исходя из сигнала обратной связи от ионизационного датчика.
Аналогичным образом, иногда горение может произойти и в первом, и во втором цилиндрах, несмотря на то, что второй цилиндр должен был быть пропущен. В данном случае командный порядок работы цилиндров изменяют, чтобы пропустить следующий по порядку цилиндр, в котором было запланировано зажигание в исходном порядке работы цилиндров.
Таким образом, командный порядок работы цилиндров двигателя можно динамически корректировать в ответ на возникновение непредусмотренных событий горения, включая горение, происходящее в цилиндрах, запланированных на пропуск, и отсутствие горения в тех цилиндрах, в которых было запланировано зажигание.
Настоящее изобретение может предложить несколько преимуществ. Например, корректируя порядок работы цилиндров с целью компенсации непредусмотренных событий в цилиндрах в режиме пропуска зажигания, можно сохранить желаемый крутящий момент, даже если не произошло срабатывания клапанов по команде.
В одном из вариантов, способ выборочной деактивации цилиндров двигателя включает в себя эксплуатацию двигателя в режиме пропуска зажигания, включая активацию впрыска топлива для зажигания по меньшей мере в одном цилиндре и деактивацию впрыска топлива для пропуска по меньшей мере одного цилиндра, с поддержанием искрового зажигания во всех цилиндрах. Способ также включает корректировку режима пропуска зажигания в случае обнаружения горения в цилиндре с деактивированным впрыском топлива.
В частном варианте указанный способ также включает в себя обнаружение возникновения горения в цилиндре с деактивированным впрыском топлива по сигналу обратной связи ионизационного датчика.
В частном варианте указанного способа корректировка режима пропуска зажигания включает в себя деактивацию впрыска топлива в другой цилиндр, в котором запланировано зажигание в режиме пропуска зажигания.
В частном варианте указанного способа командный порядок работы цилиндров основан на исходном порядке работы цилиндров двигателя в режиме без пропуска зажигания, выбранном количестве пропускаемых цилиндров, а также на том, какие из цилиндров двигателя были пропущены на предыдущем рабочем цикле двигателя.
В частном варианте указанного способа в исходном порядке работы цилиндров двигателя по меньшей мере один пропускаемый цилиндр следует за по меньшей мере одним цилиндром, в котором происходит зажигание.
В частном варианте указанный способ также включает в себя выборочное приведение в действие каждого впускного клапана и каждого выпускного клапана по меньшей мере одного цилиндра, в котором происходит зажигание, и выборочную деактивацию каждого впускного клапана и каждого выпускного клапана по меньшей мере одного пропускаемого цилиндра.
В другом из вариантов, способ выборочной деактивации цилиндров двигателя включает в себя, для данного рабочего цикла двигателя, работающего в режиме пропуска зажигания: в зависимости от нагрузки на двигатель, выбор количества цилиндров двигателя, подлежащих пропуску; установку командного порядка работы непропускаемых цилиндров двигателя, причем командный порядок работы цилиндров включает в себя запланированное зажигание по меньшей мере в первом цилиндре и запланированный пропуск по меньшей мере второго цилиндра; определение возникновения горения согласно команде в первом цилиндре; а если горения не произошло - корректировку командного порядка работы цилиндров с целью зажигания во втором цилиндре двигателя.
В частном варианте указанного способа командный порядок работы цилиндров основан на исходном порядке работы цилиндров двигателя в режиме без пропуска зажигания, выбранном количестве пропускаемых цилиндров, а также на том, какие из цилиндров двигателя были пропущены на предыдущем рабочем цикле двигателя.
В частном варианте указанного способа определение возникновения горения в первом цилиндре включает в себя определение возникновения горения по сигналу обратной связи от ионизационного датчика первого цилиндра.
В частном варианте указанного способа второй цилиндр следует за первым цилиндром в исходном порядке работы цилиндров двигателя.
В частном варианте указанный способ также включает в себя, в случае, если в первом цилиндре возникает горение согласно команде: определение того, возникает ли горение во втором цилиндре; если во втором цилиндре возникает горение, корректировку командного порядка работы цилиндров для пропуска третьего цилиндр двигателя, причем в третьем цилиндре двигателя запланировано зажигание в командном порядке работы цилиндров, и третий цилиндр следует за первым и вторым цилиндрами в исходном порядке работы цилиндров двигателя; и если во втором цилиндре горение не возникает, переход к зажиганию в следующем цилиндре, зажигание в котором было запланировано в командном порядке работы цилиндров.
В частном варианте указанный способ, в процессе зажигания в первом цилиндре, также включает в себя: посредством впрыска во впускные каналы, впрыскивание первого количества топлива в первый цилиндр, причем первое количество топлива основано на первом, спрогнозированном объеме воздушного заряда для первого цилиндра и недостаточно для требуемого воздушно-топливного отношения; и посредством прямого впрыска, впрыскивание второго количества топлива в первый цилиндр, причем второе количество топлива основано на первом количестве топлива и втором, рассчитанным объеме воздушного заряда для первого цилиндра.
В частном варианте указанного способа первый цилиндр и второй цилиндр размещены в одном ряду цилиндров, причем зажигание во втором цилиндре возникает после зажигания в первом цилиндре в порядке работы цилиндров двигателя.
В частном варианте указанного способа и первый и второй цилиндры связаны по текучей среде с общим каталитическим нейтрализатором.
В частном варианте указанного способа в случае, если пропускают второй цилиндр, то деактивируют и впрыск топлива во второй цилиндр, и систему привода клапанов второго цилиндра с той целью, чтобы не допустить впрыск топлива во второй цилиндр и сохранить закрытое положение впускного и выпускного клапанов второго цилиндра.
Настоящее изобретение также относится к системе для выборочной деактивации цилиндров двигателя, содержащей: двигатель, содержащий множество цилиндров; систему впрыска топлива во впускные каналы для впрыска топлива во впускные каналы в каждый из множества цилиндров; систему прямого впрыска топлива для прямого впрыска топлива в каждый из множества цилиндров; систему искрового зажигания для инициации горения в каждом из множества цилиндров, включающую в себя один или несколько ионизационных датчиков для обнаружения возникновения событий горения во множестве цилиндров; и контроллер, включающий в себя энергонезависимые инструкции для: определения командного порядка работы цилиндров двигателя в режиме пропуска зажигания, в котором запланировано зажигание по меньшей мере в первом цилиндре из множества цилиндров и пропуск по меньшей мере второго цилиндра из множества цилиндров; и определения того, произошло ли горение в первом цилиндре посредством сигнала обратной связи от одного или нескольких ионизационных датчиков; если горение не происходит в первом цилиндре, корректировки командного порядка работы цилиндров для зажигания во втором цилиндре; и если горение в первом цилиндре происходит, сохранения командного порядка работы цилиндров для пропуска второго цилиндра.
В частном варианте указанной системы контроллер содержит дополнительные инструкции для: в процессе зажигания в первом цилиндре активирования системы впрыска топлива во впускные каналы для впрыска во впускные каналы первое количество топлива в первый цилиндр в течение первого, более раннего периода рабочего цикла двигателя, активирования системы прямого впрыска для прямого впрыска второго количества топлива в первый цилиндр в течение второго, более позднего периода рабочего цикла двигателя, и активирования системы искрового зажигания для инициирования горения в первом цилиндре, причем первое количество топлива недостаточно для первого требуемого воздушно-топливного отношения для первого цилиндра, определяемого по оцененному объему воздушного заряда для первого цилиндра, а второе количество топлива приводит общее воздушно-топливное отношение для первого цилиндра ко второму требуемому воздушно-топливному отношению для первого цилиндра, определяемому по обновленному объему воздушного заряда для первого цилиндра.
В другом частном варианте указанной системы командный порядок работы цилиндров двигателя основан на исходном порядке работы цилиндров двигателя в режиме без пропуска зажигания, количестве цилиндров, подлежащих пропуску в режиме пропуска зажигания, и на том, в каких цилиндрах из множества цилиндров возникало зажигание на предшествующем рабочем цикле двигателя, причем количество подлежащих пропуску цилиндров основано на нагрузке на двигатель.
В другом частном варианте указанная система также содержит систему привода клапанов для выборочного приведения в движение каждого впускного клапана и каждого выпускного клапана множества цилиндров, и причем в процессе зажигания в первом цилиндре контроллер включает в себя инструкции для активации системы привода клапанов для приведения в движение впускного клапана и выпускного клапана первого цилиндра.
В другом частном варианте указанной системы, когда пропускают второй цилиндр, контроллер включает в себя инструкции для деактивации систем впрыска во впускные каналы и прямого впрыска, а также для деактивации системы привода клапанов для второго цилиндра для предотвращения впрыска топлива во второй цилиндр и сохранения закрытого положения впускного и выпускного клапанов второго цилиндра.
Вышеприведенные и другие преимущества, а также отличительные признаки настоящего раскрытия станут очевидными из нижеследующего раздела «Осуществление изобретения», рассмотренного отдельно или в связи с сопроводительными чертежами.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут описаны подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематически показан одиночный цилиндр многоцилиндрового двигателя.
На фиг. 2 показан пример графика порядка работы цилиндров двигателя в режиме без пропуска зажигания в соответствии с исходным порядком работы цилиндров.
На фиг. 3 показан пример графика порядка работы цилиндров двигателя в режиме пропуска зажигания в соответствии с командным порядком работы цилиндров.
На фиг. 4 показана высокоуровневая блок-схема управления двигателем, выполненного с возможностью работы в режиме пропуска зажигания.
На фиг. 5 показана блок-схема, иллюстрирующая способ корректировки впрыска топлива в режиме пропуска зажигания.
На фиг. 6 показан пример графика работы двигателя в соответствии с проиллюстрированным на фиг. 5 способом.
На фиг. 7 показана блок-схема, иллюстрирующая способ для обнаружения событий горения в режиме пропуска зажигания.
На фиг. 8 показан пример графика порядка работы цилиндров двигателя, работающего в соответствии со способом, проиллюстрированным на фиг. 7.
Осуществление изобретения
Эксплуатация двигателя в режиме пропуска зажигания, когда на каждом рабочем цикле двигателя пропускают по меньшей мере один его цилиндр, не осуществляя в нем зажигания, может улучшить топливную экономичность и качество выбросов в атмосферу в определенных условиях, например, при низкой нагрузке на двигатель. На фиг. 1 показан двигатель, выполненный с возможностью работы в режиме пропуска зажигания, а на фиг. 2 - фиг. 3 проиллюстрированы схемы работы цилиндров показанного на фиг. 1 двигателя в режиме без пропуска зажигания (фиг. 2) и в режиме пропуска зажигания (фиг. 3). Дополнительно, показанный на фиг. 1 двигатель может включать в себя контроллер, предназначенный для исполнения одного или более способов для эксплуатации двигателя в режиме пропуска зажигания, например, способа, показанного на фиг. 4.
На протяжении определенных периодов эксплуатации в режиме пропуска зажигания, например, при входе в режим пропуска зажигания и при выходе из режима пропуска зажигания, может изменяться динамика во впускном коллекторе, что будет затруднять управление воздушно-топливным отношением в цилиндрах, особенно для системы с впрыском во впускным каналы. Как рассматривается подробно далее по тексту, в режиме пропуска зажигания может быть исполнен алгоритм дробного впрыска, когда некоторое количество топлива впрыскивают во впускные каналы на более раннем этапе рабочего цикла цилиндра (когда получение точной оценки воздушного заряда цилиндра более затруднительно), а добавочную порцию топлива впрыскивают через форсунку прямого впрыска на более позднем этапе цикла цилиндра (когда захваченный воздушный заряд цилиндра измеряется точнее). На фиг. 5 проиллюстрирован способ исполнения алгоритма дробного впрыска, а на фиг. 6 показаны примерные графики работы двигателя в процессе исполнения показанного на фиг. 5 алгоритма.
Кроме того, хотя некоторые режимы работы с пропуском зажигания могут включать в себя деактивацию срабатывания впускного/выпускного клапана, впрыска топлива и искрового воспламенения, в других режимах с пропуском зажигания искру могут продолжать подавать даже в деактивированные цилиндры. Кроме того, механизмы деактивации клапана могут не быть совершенно надежными. При работе в режиме пропуска зажигания, если в воздушном заряде будут присутствовать пары топлива (например, в результате продувки топливного угольного фильтра или из системы принудительной вентиляции картера), а впускной и выпускной клапаны деактивированного цилиндра случайно сработают, в деактивированном цилиндре может произойти непреднамеренное зажигание, что приведет к нестабильности крутящего момента. Для того чтобы минимизировать последствия непреднамеренных событий в цилиндре в режиме пропуска зажигания, статус горения можно контролировать посредством ионизационных датчиков и, если непреднамеренное событие горения произойдет в цилиндре, который должен быть пропущен, для того, чтобы сохранить требуемый крутящий момент, порядок работы цилиндров двигателя можно динамически скорректировать, пропустив следующий по порядку цилиндр, который должен был бы сработать. На фиг. 7 проиллюстрирован способ контроля горения в режиме пропуска зажигания. На фиг. 8 показан пример схемы работы цилиндров, включающей в себя динамическую корректировку порядка работы цилиндров.
На фиг. 1 показан пример осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигателем 10 можно управлять по меньшей мере частично, посредством системы управления, включающей в себя контроллер 12, и посредством команды водителя 130 через устройство 132 ввода. В данном примере устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для выработки сигнала положения педали (ПП). Цилиндр 14 (то есть камера сгорания) двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 138. Поршень 138 может быть связан с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движения коленчатого вала. Коленчатый вал 140 через трансмиссию может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства. Кроме того, через маховик с коленчатым валом 140 может быть связан стартер, обеспечивающий запуск двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать впускной воздух через ряд впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 (по другому называемый впускным коллектором), кроме цилиндра 14 может сообщаться и с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых вариантах осуществления один или несколько впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как механический нагнетатель или турбонагнетатель. Например, на фиг. 1 показан двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, размещенный между впускными каналами 142 и 144, и выпускную турбину 176, размещенную вдоль в выпускном канале 148. Компрессор 174 по меньшей мере частично, может получать мощность от выпускной турбины 176 через вал 180, когда устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Тем не менее, в других примерах, например, в тех, где двигатель 10 оснащен механическим нагнетателем, выпускную турбину 176 могут опционально не устанавливать, и тогда компрессор 174 может получать мощность механическим путем от электромотора или двигателя. Во впускном канале двигателя может быть установлен дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, и предназначенный для изменения расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого цилиндрам двигателя. Например, дроссель 162 может быть размещен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или же альтернативно может быть размещен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может получать отработавшие газы от цилиндра 14 и от других цилиндров двигателя 10. Показано, что выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности отработавших газов, с выпускным каналом 148 связан датчик 128 отработавших газов. Датчик 128 может представлять собой любой подходящий датчик для обеспечения информации о воздушно-топливном отношении в отработавших газах, например, линейный кислородный датчик, или универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах (УКОГ), показанный кислородный датчик с двумя состояниями (КОГ), нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (НКОГ), датчик оксидов азота, углеводорода или оксида углерода. Устройство 178 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель оксидов азота, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или сочетание указанных устройств.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, цилиндр 14, как показано, содержит по меньшей мере один тарельчатый впускной клапан 150 и по меньшей мере один тарельчатый выпускной клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, в том числе и цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Управление впускным клапаном 150 можно осуществлять контроллером 12 посредством исполнительного устройства 152. Аналогичным образом управление выпускным клапаном 156 можно осуществлять контроллером 12 посредством исполнительного устройства 154. При некоторых условиях контроллер 12 может изменять подаваемые на исполнительные устройства 152 и 154 сигналы для управления открыванием и закрыванием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 можно определять соответствующими датчиками (не показаны) положения клапана. Исполнительные устройства клапанов могут быть устройствами электрического привода клапана или кулачкового привода клапана, или же сочетаниями двух вышеуказанных типов. Фазами распределения впускного и выпускного клапанов можно управлять одновременно или с изменяемой установкой фаз распределения впускных клапанов, изменяемой установкой фаз распределения выпускных клапанов, с двойной независимой установкой фаз кулачкового распределения или фиксированной установкой фаз кулачкового распределения. Каждая из систем кулачкового привода могут содержать один или несколько кулачков и могут использовать одну или несколько из систем: систему переключения профилей кулачков (ППК), систему изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), систему изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или систему изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые может использовать контроллер 12 для изменения работы клапанов. К примеру, цилиндр 14 в альтернативном осуществлении может содержать впускной клапан, управляемый электрическим приводом клапана, и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводом с привлечением систем ППК и/или ИФКР. В иных вариантах осуществления также возможно, чтобы впускным и выпускным клапанами управляли общим приводным механизмом/приводной системой клапанов или приводным механизмом/приводной системой изменения фаз газораспределения.
В процессе работы каждый цилиндр двигателя 10 типично проходит четырехтактный цикл, включающий: такт впуска, так сжатия, такт расширения и такт выпуска. На такте впуска обычно выпускной клапан 156 закрыт, а впускной клапан 150 открыт.В камеру 14 сгорания поступает воздух по впускному коллектору 146 и поршень 138 перемещается в нижнюю часть цилиндра для увеличения внутреннего объема камеры 14 сгорания. Положение, в котором поршень 138 находится вблизи нижней части цилиндра в конце своего хода (то есть когда объем камеры 14 сгорания максимален), специалистами в данной области техники обычно называется нижней мертвой точкой (НМТ). На такте сжатия впускной клапан 150 и выпускной клапан 156 закрыты. Поршень 138 перемещается к головке цилиндра, сжимая при этом воздух внутри камеры 14 сгорания. Положение, в котором поршень 138 находится в конце своего хода вверху ближе всего к головке цилиндра (то есть когда объем камеры 14 сгорания минимален), специалистами в данной области техники обычно называется верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, который здесь и далее называется впрыском, в камеру сгорания вводят топливо. В процессе, который здесь и далее называется зажиганием, впрыснутое топливо воспламеняют известными средствами, такими как свеча 192 зажигания, в результате чего происходит горение. На такте расширения расширяющиеся газы толкают поршень 138 обратно в НМТ. Коленчатый вал 140 преобразует перемещение поршня в момент вращения вала. Наконец, на такте выпуска открывается выпускной клапан 156, выпуская сгоревшую топливовоздушную смесь в выпускной канал 148, а поршень возвращается в ВМТ. Следует отметить, что описание выше по тексту приведено только в качестве примера, и что моменты открытия или закрытия клапанов могут изменяться, например, для положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана или по-другому.
Цилиндр 14 может характеризоваться степенью сжатия, которая является отношением объемов при нахождении поршня 138 в нижней и верхней мертвой точках. Обычно степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах с использованием топлива разных видов степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, при использовании более высокооктанового топлива или топлива с более высокой латентной энтальпией парообразования. Степень сжатия может также повышаться при использовании прямого впрыска вследствие его влияния на детонацию двигателя.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания, осуществляющую воспламенение. Система 190 зажигания может подавать искру зажигания в камеру сгорания 14 посредством свечи 192 зажигания в ответ на получение от контролера 12 сигнала опережения зажигания (03) в выборочных режимах работы. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления свечу 192 зажигания не устанавливают, так что двигатель 10 может начинать сжигание топлива самовоспламенением или впрыском топлива, как это происходит в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 14 показан включающим в себя две топливные форсунки 166 и 170. Топливная форсунка 166 показана непосредственно связанной с цилиндром 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса сигнала впрыска топлива (ИВТ-1), принимаемого от контроллера 12 посредством электронного драйвера 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива (далее называемым «ПВТ») в цилиндр 14 для сжигания. Хотя на фиг. 1 топливная форсунка 166 показана как форсунка бокового расположения, она может также располагаться и над поршнем, например, вблизи местонахождения свечи 192 зажигания. Такое расположение может улучшить смешивание и сжигание при работе двигателя на топливе на спиртовой основе, благодаря более низкой летучести некоторых видов топлива на спиртовой основе. Альтернативно, в целях улучшения смешивания, топливная форсунка может быть расположена сверху и вблизи впускного клапана. Топливо можно доставлять к топливной форсунке 166 от топливной системы 172 высокого давления, включающей в себя топливный бак, топливные насосы, топливную рейку и драйвер 168. Альтернативно, топливо можно доставлять одноступенчатым топливным насосом при меньшем давлении, и в этом случае установки моментов прямого впрыска топлива на такте сжатия могут быть более ограниченными, чем в случае использования топливной системы высокого давления. Кроме того, в топливном баке может иметься не показанный на иллюстрации преобразователь давления, подающий сигнал в контроллер 12.
Топливная форсунка 170 показана размещенной во впускном канале 146, а не в цилиндре, в конфигурации, обеспечивающей так называемый впрыск топлива во впускные каналы (далее называемый ВТВК), в данном случае - во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14. Топливная форсунка 170 может впрыскивать топливо пропорциональной ширине импульса сигнала ИВТ-2, принимаемого от контроллера посредством электронного драйвера 171. Топливо можно доставлять к топливной форсунке 170 посредством топливной системы 172.
Топливо в пределах одного рабочего цикла цилиндра можно доставлять в цилиндр обеими форсунками. Например, каждая топливная форсунка может доставлять часть совокупного впрыска топлива, сжигаемого в цилиндре 14. Кроме того, распределение и/или относительный объем топлива, доставляемого от каждой форсунки, может изменяться в зависимости от условий работы, например, от нагрузки на двигатель и/или детонации двигателя, что рассматривается далее по тексту. Относительное распределение между форсунками 166 и 1700 совокупного впрыска топлива, можно называть отношением впрыска. Например, впрыскивание большего объема топлива на одно событие горения через форсунку (впрыска во впускные каналы) 170, может служит примером большего отношения ВТВК к ПВ, в то время как впрыскивание большего объема топлива на одно события горения через форсунку (прямого впрыска) 166 может служить примером меньшего отношения ТВВК к ПВ. Отметим, что эти случаи являются не более чем примерами различных отношений впрыска, и что могут быть применены и другие отношения впрыска. Дополнительно, следует понимать, что впрыснутое во впускной канал топливо может быть доставлено во время открытого состояния впускного клапана, закрытого впускного клапана (например, существенно до такта впуска, например, на такте выпуска), а также тогда, когда впускной клапан и открыт, и закрыт.
Аналогичным образом, напрямую впрыскиваемое топливо может быть подано на такте впуска, а также частично в течение предшествующего такта выпуска, на такте впуска, и частично на такте сжатия, например. Кроме того, напрямую впрыскиваемое топливо можно подавать одиночным впрыском или множественными впрысками. Последнее может включать в себя множественные впрыски на такте сжатия, множественные впрыски на такте впуска, или комбинацию нескольких прямых впрысков на такте сжатия и некоторых прямых впрысков на такте впуска.
При этом даже для одного события горения, впрыскиваемое топливо можно впрыскивать из форсунки ПВТ и форсунки ВТВК в различные моменты времени. Кроме того, для одного события горения, в пределах цикла могут быть выполнены множественные впрыски подаваемого топлива. Множественные впрыски могут быть выполнены на такте сжатия, на такте впуска или в любой приемлемой комбинации этих тактов.
Топливные форсунки 166 и 170 могут иметь различающиеся характеристики. К этому может относиться разница размеров, например, у одной форсунки отверстие для впрыска может быть больше, чем у другой форсунки. Среди других различий можно назвать различные углы впрыскивания, различные рабочие температуры, различные характеристики распыления, различные местоположения и т.п.Более того, в зависимости от отношения распределения впрыскиваемого топлива между форсунками 170 и 166, можно достигать различных эффектов.
Топливный бак в топливной системе 172 может вмещать виды топлива с различными качествами, например, с разным составом. Эти различия могут касаться различного содержания спирта, различных октановых чисел, различного тепла испарения, различных смесей топлива и/или сочетаний перечисленного и т.п.В одном примере виды топлива с различным содержанием спирта могут включать в себя бензин, этанол, метанол или спиртосодержащие смеси, например, Е85 (содержащей примерно 85% этанола и 15% бензина) или М85 (содержащей примерно 85% метанола и 15% бензина). Другие спиртосодержащие виды топлива могут быть смесями спирта и воды, смесью спирта, воды и бензина, и т.п.
Контроллер 12 на фиг. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 106 (МПУ), порты 108 ввода/вывода (ВВОД/ВЫВОД), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 110 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 112 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 114 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, может принимать разнообразные сигналы от связанных с двигателем датчиков, среди которых можно назвать сигнал измеренного индуцированного массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140; сигнал положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика давления в коллекторе может быть использован для получения информации о разрежении или давлении во впускном коллекторе. Кроме того, в некоторых примерах, контроллер 12 может принимать сигнал от датчика 194 горения, размещенного в камере сгорания. В одном примере датчик 194 горения может быть ионизационным датчиком, обнаруживающим наличие дыма или другие признаки горения. Хотя в целях наглядности, линия связи не показана на фиг. 1, следует понимать, что датчик 194 горения функционально связан с контроллером и выполнен с возможностью посылать в него сигналы аналогично другим датчикам, изображенным на фиг. 1.
Среда хранения информации в виде ПЗУ 110 может быть запрограммирована машиночитаемыми данными, представляющими собой инструкции, исполняемые процессором 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов, возможных, но не перечисленных конкретно. На фиг. 4 показан пример алгоритма, который может быть исполнен контроллером.
Как было описано выше, на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. При этом каждый цилиндр может аналогичным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.п. В некоторых примерах двигатель может быть однорядным четырехцилиндровым двигателем, двигателем с расположением цилиндров V-6, V-8 или двигателем иной конфигурации.
В процессе стандартной работы двигателя двигатель 10 обычно эксплуатируют так, чтобы в пределах одного рабочего цикла двигателя зажигание в каждом из цилиндров происходило бы один раз. То есть, для каждых 720 СА (например, двух оборотов коленчатого вала), зажигание в каждом цилиндре произойдет один раз. Для того чтобы в каждом цилиндре могло произойти горение, в конкретный момент времени и впускной, и выпускной клапаны приводят в движение (например, открывают). Кроме того, в каждый цилиндр впрыскивают топливо, а в конкретный момент времени система искрового зажигания подает в каждый цилиндр искру. То есть для каждого цилиндра, искра воспламеняет топливовоздушную смесь для начала процесса горения.
На фиг. 2 показан пример схемы порядка работы цилиндров для взятого в качестве примера четырехцилиндрового двигателя (например, показанного на фиг. 1 двигателя 10) в процессе стандартной работы без пропуска зажигания. Графиками ЦИЛ. 1 - ЦИЛ. 4 показано положение каждого цилиндра в рабочем цикле двигателя. Вертикальными маркерами, расположенными вдоль по графикам ЦИЛ. 1 - ЦИЛ. 4 показаны верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ) поршней соответствующих цилиндров. Соответствующие такты цилиндров обозначены как ВПУСК, СЖАТИЕ, РАСШИРЕНИЕ и ВЫПУСК.
Двигатель имеет исходный порядок работы цилиндров 1 - 3 - 4 - 2, что означает, что в пределах каждого рабочего цикла двигателя, в цилиндре 1 производят зажигание в первую очередь, а после него последовательно производят зажигание в цилиндрах 3, 4 и 2. При этом, как видно из иллюстрации, горение в цилиндре 1 происходит в ВМТ или вблизи нее между тактами сжатия и расширения, что показано звездочкой 200. Для того, чтобы горение произошло, в цилиндр 1 впрыскивают топливо, впускной клапан приводят в движение для втягивания воздушного заряда (после чего закрывают впускной клапан для того, чтобы задержать заряд в цилиндре), после чего инициируют горение посредством искрового зажигания. Горение в цилиндре 3 начинают искрой, что показано звездочкой 202. Когда цилиндр 3 находится на такте сжатия, цилиндр 1 находится на такте расширения. Горение в цилиндре 4 начинают искрой, что показано звездочкой 204. Когда цилиндр 4 находится на такте сжатия, цилиндр 1 находится на такте выпуска, а цилиндр 3 находится на такте расширения. Горение в цилиндре 2 начинают искрой, что показано звездочкой 206. Когда цилиндр 2 находится на такте сжатия, цилиндр 1 находится на такте впуска, цилиндр 3 находится на такте выпуска, а цилиндр 4 находится на такте расширения. После завершения горения в цилиндре 2, начинают новый рабочий цикл двигателя, и горение снова происходит в цилиндре 1, что показано звездочкой 208. Затем горение продолжается в соответствии с порядком работы цилиндров, как показано на иллюстрации.
В течение существования определенных условий работы, двигатель 10 может работать в режиме пропуска зажигания, когда в каждом рабочем цикле двигателя зажигание производят не во всех цилиндрах двигателя. Режим пропуска зажигания можно применять в условиях низкой нагрузки, например, или в других условиях, когда количество топлива на цилиндр, подлежащее впрыску в каждый цилиндр, относительно невелико (например, столь мало, что подать его в точном количестве будет затруднительно). В режиме пропуска зажигания в каждом рабочем цикле двигателя один или несколько цилиндров двигателя пропускают (то есть не производят зажигания). Для поддержания требуемого крутящего момента, топливо перераспределяют в цилиндры, в которых происходит зажигание, увеличивая количество топлива на цилиндр, чем повышают точность дозирования топлива. Пропуск зажигания может также снизить насосные потери, повышая к.п.д. двигателя.
Для того чтобы пропустить определенный цилиндр, деактивируют впускные и выпускные клапаны этого цилиндра (например, управляя исполнительными устройствами 152 и 154), что означает, что впускные и выпускные клапаны останутся закрытыми на каждом такте рабочего цикла цилиндра. То есть, свежий заряд не сможет попасть в цилиндр. Кроме того, блокируют впрыск топлива через форсунку 170 впрыска во впускные каналы и/или через форсунку 166 прямого впрыска. В некоторых примерах могут также заблокировать подачу искры (например, от свечи 192 зажигания). В других примерах искру могут все же подавать в подлежащий пропуску цилиндр. Тем не менее, без заряда воздуха и топлива, даже при наличии искры в цилиндре горения не произойдет.
На фиг. 3 показана примерный порядок работы цилиндров для взятого в качестве примера четырехтактного двигателя (например, двигателя, показанного на фиг. 1) в режиме пропуска зажигания. Как и на фиг. 2, графиками ЦИЛ. 1 - ЦИЛ. 4 показано положение каждого цилиндра в рабочем цикле двигателя. Вертикальными маркерами, расположенными вдоль по графикам ЦИЛ. 1 - ЦИЛ. 4 показаны верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ) поршней соответствующих цилиндров. Соответствующие такты цилиндров обозначены как ВПУСК, СЖАТИЕ, РАСШИРЕНИЕ и ВЫПУСК.
Как было разъяснено выше, двигатель имеет исходный порядок работы цилиндров 1-3-4-2. При работе в режиме пропуска зажигания в пределах каждого рабочего цикла двигателя, пропускают зажигание в одном или нескольких цилиндрах. Количество пропущенных цилиндров могут выбирать по условиям работы, таким как нагрузка на двигатель, как это будет разъяснено далее по тексту со ссылкой на фиг. 4. Кроме того, на каждом рабочем цикле двигателя всякий раз могут пропускать разные цилиндры, чтобы на некотором количестве рабочих циклов двигателя зажигание в каждом из цилиндров происходило по меньшей мере один раз, и каждый из цилиндров был пропущен по меньшей мере один раз.
При работе в режиме пропуска зажигания исходный порядок работы цилиндров двигателя можно корректировать, чтобы достичь командного порядка работы цилиндров, в котором пропускают один или более цилиндров. Командный порядок работы цилиндров может сохранять тот же базовый порядок работы цилиндров, в котором один или несколько цилиндров пропускают на каждом цикле двигателя, а может и изменять то, какие из цилиндров будут пропускать на различных циклах двигателя. Как показано на фиг. 3, командный порядок работы цилиндров в режиме пропуска зажигания может задавать зажигание в двух цилиндрах, пропуск одного цилиндра, зажигание в двух цилиндрах, пропуск одного цилиндра и т.д. в результате чего порядок работы цилиндров будет выглядеть как 1-3-Х-2-1-Х-4-2-Х-3-4-Х. То есть, каждый раз пропускают разные цилиндры, пока схема не повториться.
Таким образом, показано, что горение в ЦИЛ. 1 происходит в ВМТ или вблизи нее между тактами сжатия и расширения, и показано звездочкой 300. Затем горение в ЦИЛ. 3 начинается искрой, обозначенной звездочкой 302. ЦИЛ. 4, в котором в исходном порядке работы цилиндров должно происходить зажигание после зажигания в ЦИЛ. 3, пропускают. То есть, даже если искра и может быть подана в ЦИЛ. 4 на такте сжатия, воспламенения не происходит, из-за того, что не срабатывает клапан и не подают топливо, что показано пунктирной звездочкой 304. Горение в ЦИЛ. 2 инициируют искрой, что показано звездочкой 306.
На следующем рабочем цикле двигателя горение происходит в ЦИЛ. 1, ЦИЛ. 4 и ЦИЛ 2 (показано звездочками 308, 312 и 314 соответственно). Горения не происходит в ЦИЛ. 3, что показано пунктирной звездочкой 310. На следующем рабочем цикле двигателя пропускают ЦИЛ. 1 и ЦИЛ. 2, что показано пунктирными звездочками 316 и 322 соответственно, но при этом происходит зажигание в цилиндрах ЦИЛ. 3 и ЦИЛ.4, как показано звездочками 318 и 320. Таким образом, на протяжении некоторых рабочих циклов двигателя пропускают только один цилиндр, а на протяжении других рабочих циклов двигателя пропускают более одного цилиндра.
Тем не менее, проиллюстрированный командный порядок работы цилиндров сохраняет равномерную схему горения (на каждые два цилиндра, в которых происходит зажигание, один цилиндр пропускают), что снижает проблемы шумности, вибрации и неплавности хода. Однако следует понимать, что показанные на фиг. 2 и фиг. 3 порядок и последовательность по своей сути являются примерными и не предназначены ограничивать объем раскрытия. Например, в некоторых вариантах осуществления в трех цилиндрах могут сжигать топливовоздушную смесь, до того, как горение будет пропущено в цилиндре. В других вариантах осуществления в четырех цилиндрах могут сжигать топливовоздушную смесь, до того, как горение будет пропущено в цилиндре. В других вариантах осуществления горение может быть пропущено в двух цилиндрах на ряд, а не в одном, как показано на фиг. 3.
На фиг. 4 показан способ 400 для эксплуатации двигателя в режиме пропуска зажигания. Способ 400 можно выполнять посредством контроллера, например, показанного на фиг. 1 контроллера 12, в соответствии с энергонезависимыми инструкциями, хранящимися в нем для эксплуатации двигателя 10 в режиме пропуска зажигания или в режиме без пропуска зажигания, как будет описано ниже.
На этапе 402 способ 400 включает в себя определение условий работы двигателя. Среди прочего, определяемые условия работы двигателя включают в себя нагрузку на двигатель, частоту вращения двигателя, потребность двигателя в топливе и температуру двигателя. Условия работы двигателя могут определять по выходным сигналам от одного или более датчиков двигателя, описанных со ссылкой на фиг. 1. На этапе 404 способа 400 определяют, работает ли в настоящее время двигатель в режиме пропуска зажигания, в котором один или несколько цилиндров пропускают (например, не производят зажигание) в пределах рабочего цикла двигателя. Если двигатель в текущее время не работает в режиме пропуска зажигания, то способ 400 переходит на этап 406 для определения того, не указывают ли условия на то, что режим пропуска зажигания должен быть инициирован. Двигатель может перейти на работу в режиме пропуска зажигания, исходя из одного параметра работы двигателя или исходя из сочетания параметров работы двигателя. Эти условия могут включать в себя то, чтобы частота вращения двигателя, потребность в топливе и нагрузка на двигатель были ниже своих соответствующих пороговых значений. Например, при работе двигателя на холостом ходу частота вращения двигателя может быть низкой, например 500 об/мин, и нагрузка на двигатель может быть тоже низкой. То есть, потребность в топливе, определяемая частотой вращения, нагрузкой и рабочими условиями, например, температурой двигателя, давлением в коллекторе и т.п., может быть слишком низкой, чтобы в двигатель можно было точно подать требующийся объем топлива. Кроме того, работа в режиме пропуска зажигания может ослабить проблемы с работой на холодном двигателе, а раз так, то условия для режима пропуска зажигания могут определяться температурой двигателя. Условия для режима пропуска зажигания также могут определяться тем, что контроллер определяет, что двигатель работает в установившемся режиме, так как для работы в переходных условиях может потребоваться изменяющаяся потребность в топливе. Работа в установившемся режиме может определяться тем, сколь долго было проработано при текущей нагрузке, или другим пригодным для этой цели методом.
Если условия не указывают на то, что нужно инициировать режим пропуска зажигания (например, если нагрузка на двигатель велика), способ 400 переходит на этап 407 для сохранения текущих условий работы. Текущие условия работы включают в себя зажигание в каждом цилиндре двигателя согласно исходному порядку работы цилиндров, притом все впускные и выпускные клапаны приводят в движение в нужные моменты времени, и в каждый цилиндр впрыскивают топливо и подают искру. Затем способ 400 возвращается к началу.
Если на этапе 406 определяют, что настало время переходить на режим пропуска зажигания, тогда способ 400 переходит на этап 408 для определения того, сколько цилиндров пропустить на каждый рабочий цикл двигателя или на некоторое количество рабочих циклов двигателя. То есть, можно определить схему выборочной деактивации цилиндров. В определенной таким образом схеме деактивации цилиндров может указываться общее количество деактивированных цилиндров относительно активных цилиндров, а также идентичность подлежащих деактивации цилиндров. Например, контроллер может определить, что на каждом рабочем цикле двигателя может быть пропущен один цилиндр, или же он может определить, что каждые три рабочие цикла двигателя можно пропустить четыре цилиндра, или же определить другую подходящую схему пропуска цилиндров. Общее количество цилиндров, которые нужно пропустить на каждый рабочий цикл двигателя, можно определять по условиям работы, например, нагрузке на двигатель.
На этапе 410 устанавливают командный порядок работы непропускаемых цилиндров. Командный порядок работы цилиндров могут определять по выбранному количеству цилиндров, подлежащих пропуску в пределах рабочего цикла двигателя, по исходному порядку работы цилиндров, и по тому, какие из цилиндров были пропущены в течение предшествующей работы в режиме пропуска зажигания, так, чтобы сохранять исходный порядок работы цилиндров, за исключением выбранных пропущенных цилиндров. Командный порядок работы цилиндров может также гарантировать то, чтобы каждый раз при пропуске цилиндра пропускали различные цилиндры. Показанный на фиг. 3 командный порядок работы цилиндров является одним неограничивающим примером командного порядка работы цилиндров, который может быть установлен контроллером для двигателя. Здесь порядок работы цилиндров 1-3-4-2-1-3-4-2 однорядного четырехцилиндрового двигателя скорректирован для работы в режиме пропуска зажигания как 1-3-х-2-1-х-4-2. Альтернативно, первая группа цилиндров может быть пропущена на первом количестве рабочих циклов двигателя во время работы второй группы цилиндров, а после этого вторая группа цилиндров может быть пропущена на втором количестве рабочих циклов двигателя, пока первая группа цилиндров будет работать. При этом может получиться следующая схема пропусков цилиндров: 1-х-4-x-1-x-4-x-x-3-x-2-x-3-x-2-x.
На этапе 412 в цилиндрах производят зажигание в командном порядке, определенном в выбранной схеме цилиндров. Как было рассмотрено выше, цилиндры, в которых происходит зажигание, имеют активированную систему привода клапана, впрыск топлива и подачу искры для воспламенения, в то время как пропускаемые цилиндры имеют деактивированные исполнительное устройство клапана и впрыск топлива (в некоторых случаях деактивируют и искровое зажигание). Топливо к цилиндрам, в которых происходит зажигание, могут подавать только через форсунку впрыска во впускные каналы или только через форсунку прямого впрыска, что зависит от конфигурации двигателя и условий работы. Однако в некоторых примерах, как показано на этапе 414, зажигание в цилиндрах может опционально включать в себя впрыск топлива с использованием протокола дробного впрыска ВТВК/ПВТ, который подробнее будет описан со ссылкой на фиг. 5. Вкратце, в режиме пропуска зажигания в цилиндры, в которых происходит зажигание, топливо могут подавать дробно от форсунки впрыска во впускные каналы и от форсунки прямого впрыска, чтобы совместно использовать преимущества впрыска топлива во впускные каналы и повышенное воздушно-топливное отношение, обеспечиваемое прямым впрыском. Первое количество топлива может быть впрыснуто в определенный цилиндр форсункой впрыска во впускные каналы, и может быть определено по требуемому воздушно-топливному отношению и оцененному воздушному заряду для данного цилиндра в первый, более ранний момент рабочего цикла цилиндра (например, когда закрыт впускной клапан и до начала такта впуска). Затем, во второй, более поздний момент рабочего цикла цилиндра (например, непосредственно до или после закрытия впускного клапана, до начала цикла сжатия), определяют обновленный объем воздушного заряда для этого цилиндра, и второе количество топлива впрыскивают через форсунку прямого впрыска, и это количество топлива может быть определено по обновленному объему воздушного заряда, по требуемому воздушно-топливному отношению, и по первому количеству топлива. Таким образом можно сохранить общее требуемое воздушно-топливное отношение, даже если между впрыском во впускной канал и прямым впрыском произойдет изменение нагрузки (что может привести к тому, что первый оцененный объем воздушного заряда будет отличаться от фактически захваченного объема воздушного заряда).
Дополнительно способ может опционально включать в себя на этапе 416 контроль событий горения и динамическую корректировку командного порядка работы цилиндров по мере необходимости, что будет рассмотрено далее по тексту со ссылкой на фиг. 7. Контроль событий горения включает в себя, по данным ионизационного датчика (например, по сигналу обратной связи от датчика 194 горения), определение того, происходит ли горение в цилиндрах, которые должны были сработать по команде, а также определение того, не произошло ли событие горения в цилиндрах, которые должны быть пропущенными. В случае если в пропущенном цилиндре произойдет непреднамеренное событие горения, или же запланированное событие горения не произойдет в цилиндре, который должен быть сработать, то командный порядок работы цилиндров может быть скорректирован, либо так чтобы пропустить следующий цилиндр, запланированный к зажиганию, либо так, чтобы зажигание произошло в следующем цилиндре, запланированном к пропуску. Затем способ 400 возвращается к своему началу.
На этапе 404 способа 400, на котором определяют, работает ли в настоящее время двигатель в режиме пропуска зажигания, при положительном ответе на этот вопрос способ 400 переходит на этап 418 для того, чтобы определить, указывают ли условия на то, что контроллеру нужно выходить из режима пропуска зажигания. Работа в режиме пропуска зажигания может быть прекращена, например, если нагрузка на двигатель повышается, если двигатель подвержен переходному событию или другому соответствующему изменению в условиях работы. Если контроллер определит, что настало время выходить из режима пропуска зажигания, то способ 400 перейдет на этап 420 для продолжения работы с протоколом дробного впрыска ВТВК/ПВТ по меньшей мере до тех пор, пока переход не будет завершен. Завершение выхода из режима пропуска зажигания может включать в себя зажигание во всех цилиндрах на всем рабочем цикле двигателя. Кроме того, на этапе 422, события горения могут продолжать контролировать до завершения выхода из режима пропуска зажигания. Затем способ 400 возвращается к своему началу.
Тем не менее, если на этапе 418 определяют, что работа в режиме пропуска зажигания должна продолжаться, то способ 400 переходит на этап 424 для работы цилиндров в командном порядке. Если это применимо, то двигатель будет продолжать работать с протоколом дробного впрыска ВТВК/ПВТ, как указано на этапе 426, и будет продолжать контролировать события горения и корректировать порядок работы цилиндров, как показано на этапе 428. Затем способ 400 возвращается к своему началу.
Описанный выше протокол дробного впрыска ВТВК/ПВТ будет рассмотрен подробнее со ссылкой на фиг. 5, где проиллюстрирован способ 500 регулирования впрыска при работе в режиме пропуска зажигания. Как было разъяснено выше, способ 500 может быть выполнен контроллером 12 в процессе исполнения показанного на фиг. 4 способа 400 с целью управления впрыском через форсунку впрыска во впускные каналы (например, форсунку 170) и через форсунку прямого впрыска (например, форсунку 166).
На этапе 502 способ 500 включает в себя определение условий работы двигателя. Определяемые условия работы могут включать в себя частоту вращения двигателя, нагрузку на двигатель, ДВК, МРВ, командное воздушно-топливное отношение, воздушно-топливное отношение отработавших газов (определяемое по сигналу обратной связи от датчика содержания кислорода в отработавших газов, например, от датчика 128) и другие условия. На этапе 504 оценивают объем первого воздушного заряда для цилиндра, в котором в первую очередь производят зажигание. Объем первого воздушного заряда оценивают до открытия впускного клапана первого цилиндра, например на такте выпуска предшествующего рабочего цикла двигателя. Объем воздушного заряда может быть оценен подходящим для этой цели способом, например, по ДВК и МРВ и/или по другим соответствующим параметрам, включая давление наддува (если двигатель с турбонагнетателем), по расходу рециркуляции отработавших газов (внешней и внутренней), по углам фаз переменного кулачкового распределения для впускных и выпускных кулачков и/или по температуре двигателя.
На этапе 506, используя условия работы, оценивают максимально возможное изменение объема воздушного заряда, которое может произойти между моментом времени, когда оценивают объем первого воздушного заряда и моментом сжигания в первом цилиндре. Максимально возможное изменение воздушного заряда может отражать возможность того, что двигатель может войти в режим пропуска зажигания или выйти из него, или того, что число пропускаемых цилиндров может измениться, и поэтому, может определяться изменением нагрузки на двигатель. Например, нагрузка на двигатель может снижаться, и поэтому максимально возможное изменение воздушного заряда может предсказать, что нагрузка на двигатель будет продолжать снижаться на всем протяжении рабочего цикла цилиндра, что приведет к изменению количества пропущенных цилиндров (например, с нуля до одного, или с одного до двух). При определении максимально возможного изменения объема воздушного заряда могут также приниматься к рассмотрению и другие параметры. Например, оценка максимального изменения объема воздушного заряда в конкретном цилиндре, будучи частью текущего воздушного заряда, за счет того, что в другом цилиндре производят зажигание, а не пропуск, может составить V_cyl/V_man, где V_cyl является рабочим объемом цилиндра, a V_man является объемом впускного коллектора. В четырехцилиндровом двигателе, например, максимальное изменение может составить 1/8 (12,5%).
На этапе 508, по условиям работы (например, частоте вращения двигателя, нагрузке, выходным сигналам от одного или нескольких датчиков состава отработавших газов) находят требуемое воздушно-топливное отношение. На этапе 510 через форсунку впрыска во впускные каналы впрыскивают первое количество топлива в первый момент времени, например, перед открытием впускного клапана. Как показано на этапе 512, первое количество топлива определяют по требуемому воздушно-топливному отношению и оцененному объему воздушного заряда. Первое количество топлива является объемом, намеренно меньшим того количества топлива, которое требуется для достижения требуемого воздушно-топливного отношения, как показано на этапе 514. Первое количество топлива может быть намеренно меньшим того количества топлива, которое требуется для достижения требуемого воздушно-топливного отношения, на величину, определяемую максимально возможным изменением объема воздушного заряда, определенным на этапе 506. К примеру, если максимально возможное изменение объема воздушного заряда между первым оцененным объемом и объемом воздушного заряда, фактически захваченным в первом цилиндре при сжигании, отрицательно (что означает, например, что оцененный воздушный заряд, скорее всего, по объему превышает фактический воздушный заряд), то первое количество топлива может быть на первую большую величину, меньшим, количества топлива, нужного для достижения требуемого воздушно-топливного отношения. Если же максимально возможное изменение объема воздушного заряда является положительным (что указывает на то, что оцененный воздушный заряд по объему, скорее всего, меньше фактического заряда воздуха), то первое количество топлива может быть на вторую, меньшую величину меньшим того количества топлива, которое нужно для достижения требуемого воздушно-топливного отношения. Таким образом, если контроллер спрогнозирует, что объем воздушного заряда скорее всего увеличится, то первое количество топлива может большим, чем в том случае, если контроллер спрогнозирует, что объем воздушного заряда скорее всего уменьшится. Кроме того, в некоторых примерах первое количество топлива может быть снижено ниже величины, требуемой для достижения требуемого воздушно-топливного отношения, и на основе других параметров, например, таких как детонация, проблемы шумности, вибрации и неплавности хода, и т.д.
На этапе 516, рассчитывают второй обновленный объем заряда воздуха, а также по условиям работы определяют окончательное требуемое воздушно-топливное отношение в более поздний момент рабочего цикла двигателя, например, вблизи момента закрытия впускного клапана. Из-за сравнительно большого промежутка истекшего времени между моментами времени, когда был рассчитан первый объем воздушного заряда (до открытия впускного клапана и до впрыска во впускные каналы), и когда был рассчитан обновленный объем воздушного заряда (при закрытии впускного клапана и перед прямым впрыском), условия работы двигателя могут измениться, что повлияет на динамику впускного коллектора и, в конечном счете, изменит объем воздушного заряда, захваченного в цилиндре на момент закрытия впускного клапана. Такие условия работы могут включать в себя переход в режим пропуска зажигания или выход из режима пропуска зажигания или корректирование количества пропущенных цилиндров. С целью компенсации изменившегося объема воздушного заряда, через форсунку прямого впрыска впрыскивают вторую «компенсирующую» порцию топлива. Как показано для этапа 518, второе количество топлива впрыскивают через форсунку прямого впрыска во второй, более поздний момент времени, причем второе количество топлива является объемом, определяемым первым количеством топлива, обновленным объемом воздушного заряда и окончательным требующимся воздушно-топливным отношением.
В одном примере первый, оцененный, объем воздушного заряда и второй, обновленный объем воздушного заряда могут быть одинаковыми. В таком случае второе количество топлива, впрыскиваемое форсункой прямого впрыска, равно количеству топлива, требуемому для формирования в цилиндре первого требуемого воздушно-топливного отношения, минус первое количество топлива. Другими словами «намеренную недостаточность» первого количества топлива, просто компенсируют вторым количеством топлива. В другом примере первый оцененный объем воздушного заряда может быть меньше второго обновленного объема воздушного заряда. В таком случае, второе количество топлива может быть объемом, включающим в себя «намеренную недостаточность» первого количества топлива (то есть, объем, добавляемый к первому количеству топлива с целью достижения требуемого воздушно-топливного отношения), плюс дополнительный объем топлива для компенсации увеличенного объема воздушного заряда. Еще в одном примере первый оцененный объем воздушного заряда, может быть больше второго обновленного объема воздушного заряда. В таком случае второе количество топлива может быть объемом, меньшим «намеренной недостаточности» первого количества топлива для компенсации уменьшившегося объема воздушного заряда. Во всех вышеприведенных примерах при горении достигается окончательное требуемое воздушно-топливное отношение.
На этапе 520 ВТВК/ПВТ дробный впрыск повторяют для всех цилиндров, в которых происходит зажигание, до завершения режима пропуска зажигания (и выхода из режима пропуска зажигания). Затем способ 500 возвращается к началу.
На фиг. 6 показана диаграмма 600, иллюстрирующая некоторое количество графиков работы двигателя, которые могут быть осуществлены при выполнении способа 500. В частности, диаграмма 600 показывает график нагрузки, график статуса режима пропуска зажигания, график отношения ВТВК/ПВТ (который также иллюстрирует пропорцию топлива, впрыскиваемую посредством ВТВК, требуемую для достижения требуемого воздушно-топливного отношения на момент первого оценивания объема воздушного заряда), а также график воздушно-топливного отношения. Для каждого графика время отложено по горизонтальной оси, а каждый соответствующий рабочий параметр отложен по вертикальной оси. Статус режима пропуска зажигания отложен в виде бинарного графика ВКЛ/ОТКЛ. Для графика отношения дробного впрыска ВТВК/ПВТ, показаны не абсолютные объемы топлива, а лишь относительные доли топлива, впрыскиваемого каждой форсункой в течение каждого события впрыска для одного цилиндра (например, для цилиндра 1, в соответствии с порядком работы цилиндров, изображенным на фиг. 3). То есть, график дробного впрыска ВТВК/ПВТ показывает диапазон относительных долей от 0 до 1, причем если все топливо впрыскивают через форсунку впрыска во впускные каналы, то доля ВТВК будет равна 1, а доля ПВТ будет равна нулю, и наоборот. Как указывалось выше, показаны события впрыска топлива для одного цилиндра. Эти события соотнесены по времени с тактами цилиндра, изображенными маркерами по горизонтальной оси, а также событиями горения, изображенными в виде звездочек также на вертикальной оси. Для впрыснутого/командного ВТВК для графика ВТО, доля впрыснутого топлива относительно топлива, необходимого для достижения требуемого воздушно-топливного отношения, показана в виде доли в диапазоне от 0 до 1.
До момента t1 времени двигатель работает со средневысокой, что видно по графику 602, и режим пропуска зажигания отключен (ввиду того, что для обеспечения всего запрашиваемого момента требуется, чтобы сжигание воздушно-топливной смеси происходило во всех цилиндрах), что видно по графику 604. Все топливо впрыскивают через форсунку впрыска во впускные каналы, что означает что доля ВТВК топлива, необходимая для достижения требуемого воздушно-топливного отношения и фактически впрыскиваемая через ВТВК, равна 1, что видно на кривой 606. Соответственно, доля ВТВК в дробном впрыске равна 1 (показанном событием 608 впрыска, а доля ПВТ в дробном впрыске равна 0. По графику 610 видно, что воздушно-топливное отношение поддерживают примерно на уровне требуемого стехиометрического воздушно-топливного отношения, что показано кривой 610.
Непосредственно перед моментом t1 времени, нагрузка на двигатель начинает падать. Поэтому контроллер начинает переход в режим пропуска зажигания в момент t1. В процессе перехода к режиму пропуска зажигания, в результате уменьшения количества цилиндров, в которых происходит зажигание, могут измениться ДВК, МРВ и другие параметры впускного коллектора и воздушного заряда. Для компенсации возможного перехода в режим пропуска зажигания, в момент t1 контроллер инициирует протокол дробного впрыска ВТВК/ПВТ, рассмотренный выше со ссылкой на фиг. 5. В результате снижается количество топлива, впрыскиваемого форсункой впрыска во впускные каналы, то есть воздушно-топливное отношение временно делают намеренно обедненным. Например, вместо подачи 100% топлива, нужных для достижения требуемого воздушно-топливного отношения, впрыском во впускные каналы могут доставлять только 90% топлива, необходимого для достижения требуемого воздушно-топливного отношения. Затем, позднее в рабочем цикле цилиндра, форсунка прямого впрыска выполняет компенсирующий впрыск для достижения требуемого воздушно-топливного отношения. Соответственно, доля ВТВК в дробном впрыске уменьшается, а доля ПВТ в дробном впрыске увеличивается. Снижение количества топлива, впрыскиваемого форсункой впрыска во впускные каналы, можно определять по ожидаемым изменениям воздушного заряда, переходу в режим пропуска зажигания, например, и/или снижению нагрузки на двигатель.
Таким образом, как показано на фиг. 6 для события второго зажигание в цилиндре 1, событие 612 впрыска во впускные каналы происходит сразу после момента t1. При событии 612 впрыснутое во впускные каналы количество топлива меньше полного объема топлива, которое необходимо для достижения требуемого воздушно-топливного отношения, ввиду ожидаемого изменения воздушного заряда в промежутке времени с события впрыска топлива во впускные каналы и до закрытия впускного клапана (то есть когда устанавливается объем воздушного заряда в цилиндре). Затем при событии 614 прямого впрыска топлива, в зависимости от обновленного объема воздушного заряда, обеспечивают остаточное топливо, необходимое для достижения требуемого воздушно-топливного отношения.
Режим пропуска зажигания начинается между событием 612 впрыска и событием 614 впрыска. То есть, в процессе первого события зажигание в цилиндре после момента t1, двигатель начинает работать в режиме пропуска зажигания. То есть, в процессе зажигание в цилиндре 1 (например, в период между открытием и закрытием впускного клапана), цилиндр, который изначально должен был сработать, пропускают (например, цилиндр 4 в соответствии с показанным на фиг. 3 порядком работы цилиндров). Пропуск этого цилиндра приводит к увеличению фактического воздушного заряда по сравнению с оцененным воздушным зарядом, то есть в событии прямого впрыска впрыскивают дополнительный объем топлива для того, чтобы сохранить воздушно-топливное отношение, даже если воздушный заряд меняется в пределах рабочего цикла цилиндра 1. Следующим запланированным событием зажигания в цилиндре 1 является событие пропуска зажигания в этом цилиндре, что показано пунктирной звездочкой.
До момента t2 времени нагрузка на двигатель снова снижается. Снижение нагрузки на двигатель может привести к изменению максимально возможного изменения расхода воздуха, так как контроллер может предположить изменение количества пропускаемых цилиндров (например, число пропускаемых цилиндров может возрасти). Это увеличение числа пропущенных цилиндров может привести к снижению объема фактического объема воздушного заряда, захваченного в цилиндре 1, так что относительная доля топлива, впрыскиваемого форсункой впрыска во впускные каналы топлива, уменьшиться, что показано событием 616 впрыска, а доля топлива, впрыскиваемого форсункой прямого впрыска, возрасти, что показано событием 618 впрыска. В некоторых примерах переход от пропуска одного цилиндра на пропуск двух цилиндров может стать причиной большего нарушения воздушного потока, чем переход от работы без пропуска цилиндров на работу с пропуском одного цилиндра, поэтому относительная доля топлива, впрыскиваемого через форсунку впрыска во впускные каналы, может быть меньше в районе момента t2, чем доля топлива, впрыскиваемого через форсунку впрыска во впускные каналы в районе момента t1.
После момента t2 времени нагрузка на двигатель стабилизируется и доля ВТВК в дробном впрыске слегка увеличивается (а доля ПВТ уменьшается) за счет устойчивой работы двигателя (например, максимальное возможное изменение воздушного заряда может быть меньше, если нагрузка будет оставаться постоянной). Это иллюстрируется событием 618 впрыска и событием 620 впрыска.
К моменту t3 времени нагрузка на двигатель достаточно быстро возрастает. Исходя из возрастающей нагрузки на двигатель, контроллер может спрогнозировать выход из режима пропуска зажигания. В процессе выхода из режима пропуска зажигания разность между оцененным воздушным зарядом и фактическим воздушным зарядом может быть отрицательной, так как воздушный заряд может уменьшаться после реактивации всех цилиндров. При этом доля ВТВК в дробном впрыске всего топлива, требуемого для достижения требуемого воздушно-топливного отношения, может уменьшиться, что показано графиком 606. Это объясняется тем, что общий объем топлива, необходимый для сохранения требуемого воздушно-топливного отношения после выхода из режима пропуска зажигания, может быть низким, следовательно, с целью недопущения события чрезмерной подачи топлива, количество топлива, впрыскиваемого форсункой впрыска во впускные каналы может быть уменьшено еще больше, чем при предшествующих событиях впрыска, что демонстрируется событием 622 впрыска. Тем не менее, так как двигатель на самом деле не выходит из режима пропуска зажигания, объем воздушного заряда не изменяется так, как предполагалось, поэтому через форсунку прямого впрыска впрыскивается относительно большой объем топлива, что показано событием 624 впрыска. После события зажигание в цилиндре после момента t3, работа в режиме пропуска зажигания прекращается. После завершения прекращения работы в этом режиме, относительная доля впрыска ВТВК снова становится равной 1, что показано событием 626 впрыска.
Следует понимать, что показанные на фиг. 6 события зажигания в цилиндрах, включая события горения и события впрыска топлива, имеют исключительно иллюстративный характер и не должны пониматься в ограничивающем смысле. Возможны и иные конфигурации. Например, для цилиндра 1 между показанными событиями зажигания, включая события пропущенного зажигания, может произойти некоторое количество событий зажигания, для того, чтобы был соблюден установленный порядок работы цилиндров. В частности, дополнительные события зажигания могут произойти между событием зажигания до момента t3 и событием зажигания после момента t3, или же порядок работы цилиндров двигателя может быть изменен, например, из-за дополнительного числа пропущенных цилиндров после падения нагрузки в момент t2.
Таким образом, приведенное выше со ссылкой на фиг. 5 и фиг. 6 описание раскрывает «компенсирующие» порции топлива, которые можно впрыснуть после основного события впрыска с целью компенсации изменений расхода воздуха, которые могут произойти между моментом впрыска топлива во впускные каналы (до открытия впускного клапана) и моментом прямого впрыска (после того как впускной клапан откроется и вблизи момента его закрытия). Тем не менее, такой подход основан на использовании форсунки впрыска во впускные каналы и форсунки прямого впрыска, что может быть дорого при установке и сложно в управлении. Поэтому, менее экономически затратный механизм компенсации изменений расхода воздуха в режиме пропуска зажигания включает в себя применение только впрыска во впускные каналы и компенсирование изменения воздушного заряда в процессе следующего события зажигания. Например, если существует расхождение между первым спрогнозированным воздушным зарядом, определенным в момент впрыска во впускные каналы первого цилиндра, и воздушным зарядом, рассчитанным позднее в процессе рабочего цикла цилиндра (например, при закрытии впускного клапана, когда можно определить фактический рабочий заряд), то дополнительное топливо можно впрыснуть в течение впрыска во впускные каналы второго цилиндра, являющегося следующим после первого цилиндра в порядке работы цилиндров двигателя.
Таким образом, в первый цилиндр может быть впрыснут объем топлива, достаточный для достижения требуемого воздушно-топливного отношения, исходя из первого спрогнозированного объема воздушного заряда, (то есть, объем топлива, впрыскиваемый в первый цилиндр, не будет сделан намеренно недостаточным). Затем, если фактический заряд воздуха, введенный в первый цилиндр, будет отличаться от спрогнозированного объема заряда воздуха, то объем впрыскиваемого во второй цилиндр топлива можно соответственно уменьшить или увеличить, чтобы общее для двигателя воздушно-топливное отношение сохранилось постоянным. Первый и второй цилиндры могут находиться в одном и том же ряду цилиндров и/или могут быть соединены с одним и тем же каталитическим нейтрализатором с той целью, чтобы воздушно-топливное отношение отработавших газов и каталитический нейтрализатор оставались при нужном воздушно-топливном отношении.
На фиг. 7 изображен способ 700 обнаружения событий горения в режиме пропуска зажигания. Способ 700 может быть выполнен в виде части способа 400, как описано выше, в соответствии с инструкциями, хранящимися в контроллере 12 с целью сохранения установленного числа пропускаемых цилиндров двигателя 10, даже в случае непреднамеренного зажигания или пропуска цилиндров в режиме пропуска зажигания. Следует понимать, что способ 700 исполняют после начала режима пропуска зажигания, например, когда установленный командный порядок работы цилиндров, включающий в себя зажигание по меньшей мере в первом цилиндре и пропуск по меньшей мере второго цилиндра. Способ 700 на этапе 702 включает в себя активацию впрыска топлива, активацию клапанов и искрового зажигания для зажигания в первом цилиндре. На этапе 704 получают сигнал обратной связи от одного или нескольких ионизационных датчиков, чтобы определить статус горения первого цилиндра после подачи в него искры. Например, первый цилиндр может включать в себя ионизационный датчик (например, датчик 194), который обнаруживает присутствие дыма или других продуктов горения. То есть, сигнал обратной связи от ионизационного датчика может указать на то, произошло или не произошло горение в цилиндре после подачи в него искры зажигания.
На этапе 706 способ включает в себя определение того, произошло ли горение в первом цилиндре по сигналу обратной связи от ионизационного датчика. Если горения не произошло, то способ 700 переходит на этап 708 для корректировки командного порядка работы цилиндров, чтобы заставить сработать следующий цилиндр, пропуск зажигание в котором был запланирован в командном порядке работы цилиндров. На этапе 710 активируют впрыск топлива, клапаны и искровое зажигание для того, чтобы произвести зажигание в следующем цилиндре. На этапе 712, после того, как в следующем цилиндре произошло зажигание (что определяют, например, по сигналу обратной связи от ионизационного датчика), исходный командный порядок работы цилиндров восстанавливают, и способ 700 возвращается к началу.
Тем не менее, если на этапе 706 горение в первом цилиндре произойдет, как и было запланировано, то способ 700 перейдет на этап 714 для деактивации впрыска топлива и привода клапанов для того, чтобы пропустить зажигание во втором цилиндре (например, цилиндре, который должен был быть пропущен в командном порядке работы цилиндров). Хотя некоторые конфигурации двигателя могут также деактивировать подачу искры на время пропуска зажигания в цилиндре, другие конфигурации двигателя могут сохранять подачу искры даже в пропускаемые цилиндры. На этапе 716 получают сигнал обратной связи от ионизационного датчика (например, от ионизационного датчика второго цилиндра) с целью определения статуса горения второго цилиндра.
На этапе 718 способ 700 включает в себя определение того, произошло ли горение во втором цилиндре. Если горения не произошло, и зажигание во втором цилиндре было пропущено, как и было запланировано, то способ 700 переходит на этап 720, продолжая зажигание и пропуск цилиндров в соответствии с командным порядком работы цилиндров и динамически корректируя командный порядок работы цилиндров по имеющимся показаниям, например, в ответ на непредусмотренное событие горения или непредусмотренное событие пропуска. Затем способ 700 возвращается к своему началу.
Если на этапе 718 наоборот определяют, что во втором цилиндре все-таки произошло горение, то способ 700 переходит на этап 722 для корректировки командного порядка работы цилиндров так, чтобы пропустить следующий цилиндр, в котором было запланировано зажигание. На этапе 724 деактивируют впрыск топлива и привод клапанов для пропуска следующего цилиндра. На этапе 726, после того как зажигание в следующем цилиндре было пропущено, восстанавливают исходный командный порядок работы цилиндров и способ 700 возвращается к своему началу.
Таким образом, способ 700 обеспечивает зажигание и пропуск цилиндров в соответствии с командным порядком работы цилиндров двигателя в режиме пропуска зажигания. Для каждого цилиндра, независимо от того, был ли он запланирован для зажигание или для пропуска, посредством ионизационного обнаружения отслеживают статус горения в цилиндре. Например, искровое зажигание и, следовательно, горение, обычно происходит в некоторый период времени в конце такта сжатия или в начале такта расширения. То есть, для каждого цилиндра и для каждого рабочего цикла двигателя в течение такта сжатия и такта расширения можно собирать и контролировать данные обратной связи от одного или нескольких ионизационных датчиков. Если горение происходит в цилиндре, зажигание в котором по плану должно быть пропущено, командный порядок работы цилиндров двигателя корректируют для пропуска следующего в порядке работы цилиндра, запланированного на зажигание, чтобы тем самым сохранить правильное количество пропущенных цилиндров и крутящий момент. Аналогичным образом, если горение не произошло в цилиндре, запланированном на зажигание, вместо этого можно произвести зажигание в следующем цилиндре в порядке работы цилиндров, который должен был быть пропущен. Хотя в вышеприведенных примерах, в случае обнаружения непреднамеренного события горения или пропуска цилиндра, корректируют статус зажигания в следующем цилиндре в порядке работы цилиндров, в некоторых обстоятельствах можно, например, корректировать более дальний цилиндр в порядке работы цилиндров с целью балансирования порядка работы цилиндров двигателя и предотвращения проблем шумности, вибрации и неплавности хода.
На фиг. 8 показан пример событий зажигания в цилиндрах двигателя в соответствии со способом, проиллюстрированным на фиг. 7. Графики зажигания в цилиндрах на фиг. 8 аналогичны графикам зажигания, изображенным на фиг. 2 и фиг. 3. То есть, применяют тот же самый исходный порядок работы цилиндров (1-3-4-2) и командный порядок работы цилиндров в режиме пропуска зажигания (пропуск одного цилиндра на каждые два цилиндра с зажиганием). Таким образом, первое событие горения происходит в цилиндре 1, и обозначено звездочкой 800, и второе событие горения происходит в цилиндре 3, и обозначено звездочкой 802. В соответствии с командным порядком работы цилиндров двигателя, запланирован пропуск цилиндра 4. Однако в цилиндре 4 происходит непреднамеренное событие горения, что показано звездочкой 804. Для компенсации этого, следующий по порядку цилиндр, в котором запланировано зажигание, то есть цилиндр. 2, пропускают, что показано пунктирной звездочкой 806. После этого командный порядок работы цилиндров восстанавливают с событием горения в цилиндре 1 (звездочка 808) и так далее.
Отметим, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в энергонезависимом запоминающем устройстве. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполнять повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
1. Способ выборочной деактивации цилиндров двигателя, включающий в себя:
эксплуатацию двигателя в режиме пропуска зажигания, включая активацию впрыска топлива для зажигания по меньшей мере в одном цилиндре и деактивацию впрыска топлива для пропуска по меньшей мере одного цилиндра, с поддержанием искрового зажигания во всех цилиндрах; и
корректировку режима пропуска зажигания в случае обнаружения горения в цилиндре с деактивированным впрыском топлива.
2. Способ по п. 1, также включающий в себя обнаружение возникновения горения в цилиндре с деактивированным впрыском топлива по сигналу обратной связи ионизационного датчика.
3. Способ по п. 2, в котором корректировка режима пропуска зажигания включает в себя деактивацию впрыска топлива в другой цилиндр, в котором запланировано зажигание в режиме пропуска зажигания.
4. Способ по п. 1, в котором командный порядок работы цилиндров основан на исходном порядке работы цилиндров двигателя в режиме без пропуска зажигания, выбранном количестве пропускаемых цилиндров, а также на том, какие из цилиндров двигателя были пропущены на предыдущем рабочем цикле двигателя.
5. Способ по п. 4, в котором в исходном порядке работы цилиндров двигателя по меньшей мере один пропускаемый цилиндр следует за по меньшей мере одним цилиндром, в котором происходит зажигание.
6. Способ по п. 1, также включающий в себя выборочное приведение в действие каждого впускного клапана и каждого выпускного клапана по меньшей мере одного цилиндра, в котором происходит зажигание, и выборочную деактивацию каждого впускного клапана и каждого выпускного клапана по меньшей мере одного пропускаемого цилиндра.
7. Способ выборочной деактивации цилиндров двигателя, включающий в себя:
для данного рабочего цикла двигателя, работающего в режиме пропуска зажигания:
в зависимости от нагрузки на двигатель, выбор количества цилиндров двигателя, подлежащих пропуску;
установка командного порядка работы непропускаемых цилиндров двигателя, причем командный порядок работы цилиндров включает в себя запланированное зажигание по меньшей мере в первом цилиндре и запланированный пропуск по меньшей мере второго цилиндра;
определение возникновения горения согласно команде в первом цилиндре;
если горения не произошло - корректировка командного порядка работы цилиндров с целью зажигания во втором цилиндре двигателя.
8. Способ по п. 7, в котором командный порядок работы цилиндров основан на исходном порядке работы цилиндров двигателя в режиме без пропуска зажигания, выбранном количестве пропускаемых цилиндров, а также на том, какие из цилиндров двигателя были пропущены на предыдущем рабочем цикле двигателя.
9. Способ по п. 7, в котором определение возникновения горения в первом цилиндре включает в себя определение возникновения горения по сигналу обратной связи от ионизационного датчика первого цилиндра.
10. Способ по п. 7, в котором второй цилиндр следует за первым цилиндром в исходном порядке работы цилиндров двигателя.
11. Способ по п. 7, также включающий в себя, в случае, если в первом цилиндре возникает горение согласно команде:
определение того, возникает ли горение во втором цилиндре;
если во втором цилиндре возникает горение, корректировку командного порядка работы цилиндров для пропуска третьего цилиндра двигателя, причем в третьем цилиндре двигателя запланировано зажигание в командном порядке работы цилиндров, и третий цилиндр следует за первым и вторым цилиндрами в исходном порядке работы цилиндров двигателя; и
если во втором цилиндре горение не возникает, переход к зажиганию в следующем цилиндре, зажигание в котором было запланировано в командном порядке работы цилиндров.
12. Способ по п. 11, в котором в процессе зажигания в первом цилиндре способ также включает в себя:
посредством впрыска во впускные каналы, впрыскивание первого количества топлива в первый цилиндр, причем первое количество топлива основано на первом, спрогнозированном объеме воздушного заряда для первого цилиндра и недостаточно для требуемого воздушно-топливного отношения; и
посредством прямого впрыска, впрыскивание второго количества топлива в первый цилиндр, причем второе количество топлива основано на первом количестве топлива и втором, рассчитанном объеме воздушного заряда для первого цилиндра.
13. Способ по п. 7, в котором первый цилиндр и второй цилиндр размещены в одном ряду цилиндров, причем зажигание во втором цилиндре возникает после зажигания в первом цилиндре в порядке работы цилиндров двигателя.
14. Способ по п. 7, в котором и первый и второй цилиндры связаны по текучей среде с общим каталитическим нейтрализатором.
15. Способ по п. 7, в котором в случае, если пропускают второй цилиндр, то деактивируют и впрыск топлива во второй цилиндр, и систему привода клапанов второго цилиндра с той целью, чтобы не допустить впрыск топлива во второй цилиндр и сохранить закрытое положение впускного и выпускного клапанов второго цилиндра.
16. Система для выборочной деактивации цилиндров двигателя, содержащая:
двигатель, содержащий множество цилиндров;
систему впрыска топлива во впускные каналы для впрыска топлива во впускные каналы в каждый из множества цилиндров;
систему прямого впрыска топлива для прямого впрыска топлива в каждый из множества цилиндров;
систему искрового зажигания для инициации горения в каждом из множества цилиндров, включающую в себя один или несколько ионизационных датчиков для обнаружения возникновения событий горения во множестве цилиндров; и
контроллер, включающий в себя энергонезависимые инструкции для:
определения командного порядка работы цилиндров двигателя в режиме пропуска зажигания, в котором запланировано зажигание по меньшей мере в первом цилиндре из множества цилиндров и пропуск по меньшей мере второго цилиндра из множества цилиндров; и
определения того, произошло ли горение в первом цилиндре посредством сигнала обратной связи от одного или нескольких ионизационных датчиков;
если горение не происходит в первом цилиндре, корректировки командного порядка работы цилиндров для зажигания во втором цилиндре; и
если горение в первом цилиндре происходит, сохранения командного порядка работы цилиндров для пропуска второго цилиндра.
17. Система по п. 16, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для:
в процессе зажигания в первом цилиндре активирования системы впрыска топлива во впускные каналы для впрыска во впускные каналы первое количество топлива в первый цилиндр в течение первого, более раннего периода рабочего цикла двигателя, активирования системы прямого впрыска для прямого впрыска второго количества топлива в первый цилиндр в течение второго, более позднего периода рабочего цикла двигателя, и активирования системы искрового зажигания для инициирования горения в первом цилиндре, причем первое количество топлива недостаточно для первого требуемого воздушно-топливного отношения для первого цилиндра, определяемого по оцененному объему воздушного заряда для первого цилиндра, а второе количество топлива приводит общее воздушно-топливное отношение для первого цилиндра ко второму требуемому воздушно-топливному отношению для первого цилиндра, определяемому по обновленному объему воздушного заряда для первого цилиндра.
18. Система по п. 16, в которой командный порядок работы цилиндров двигателя основан на исходном порядке работы цилиндров двигателя в режиме без пропуска зажигания, количестве цилиндров, подлежащих пропуску в режиме пропуска зажигания, и на том, в каких цилиндрах из множества цилиндров возникало зажигание на предшествующем рабочем цикле двигателя, причем количество подлежащих пропуску цилиндров основано на нагрузке на двигатель.
19. Система по п. 16, также содержащая систему привода клапанов для выборочного приведения в движение каждого впускного клапана и каждого выпускного клапана множества цилиндров, и причем в процессе зажигания в первом цилиндре контроллер включает в себя инструкции для активации системы привода клапанов для приведения в движение впускного клапана и выпускного клапана первого цилиндра.
20. Система по п. 16, в которой, когда пропускают второй цилиндр, контроллер включает в себя инструкции для деактивации систем впрыска во впускные каналы и прямого впрыска, а также для деактивации системы привода клапанов для второго цилиндра для предотвращения впрыска топлива во второй цилиндр и сохранения закрытого положения впускного и выпускного клапанов второго цилиндра.
